地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域底板注漿孔施工技術(shù)及應(yīng)用

李 論

(山西嵐縣昌恒煤焦有限公司，山西 嵐縣 035200)

1 工作面地質(zhì)情況

昌恒煤礦9101工作面在掘進(jìn)期間揭露兩條斷層且落差較大，其產(chǎn)狀分別為F297°∠60°H=7.5～10m±、F110°∠60°H=6～10m±，恰好形成地壘構(gòu)造。特別是后者與機(jī)巷交角較小，機(jī)巷沿其走向掘進(jìn)200m才逐漸分開(kāi)，造成機(jī)巷在掘進(jìn)期間留有0.5～2.0m厚不等的煤底，在斷層帶附近底板則留有厚達(dá)4m的構(gòu)造煤。

在工作面兩順槽共施工了5個(gè)奧灰水文孔，經(jīng)取芯分析得出，底板下20～30m處有兩層砂巖，富水性較強(qiáng)，淺部出水量5～20m3/h，深部出水量20～30m3/h。奧灰層位位于底板下平均70m。該工作面屬于帶壓開(kāi)采區(qū)域，斷層落差大，具有帶壓危險(xiǎn)性?；夭汕埃ㄟ^(guò)音頻電透視探測(cè)得出工作面內(nèi)部底板存在4處低阻異常區(qū)，其中1號(hào)異常區(qū)正好處于斷層F110°∠60°H=6～10m±構(gòu)造帶留有底煤處(即機(jī)巷12-2鉆場(chǎng)附近部分)，因此，為貫徹落實(shí)“有采必探、先治后采”的原則，以防可能導(dǎo)通底板砂巖裂隙水和奧灰水，消除水患，確保安全生產(chǎn)，采取鉆探并進(jìn)行底板注漿加固。

2 施工方法

機(jī)巷12- 2鉆場(chǎng)附近正處于地質(zhì)構(gòu)造帶，底煤較厚，高達(dá)4m，又屬于物探異常區(qū)，決定設(shè)計(jì)7個(gè)孔，具體參數(shù)如表1。

表1 探孔具體參數(shù)

2.1 前期施工

因考慮巷道底板構(gòu)造煤穩(wěn)定性差，容易漏漿、跑漿，先對(duì)鉆場(chǎng)底板進(jìn)行加固，施工了 6個(gè)底板加固孔，孔深4.5～6m，以孔徑為φ19mm進(jìn)行注漿加固，注漿以水泥和水玻璃為材料，出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，說(shuō)明底板加固效果不好。

本工程使用ZY- 1250型液壓鉆機(jī)施工大孔，開(kāi)孔孔徑為φ127mm，施工至15m，下入φ90mm套管，注漿固管，試壓合格后變徑φ58mm直至終孔。出現(xiàn)固管與注漿質(zhì)量均不合格，達(dá)不到要求。

后經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為在施鉆過(guò)程中，鉆桿對(duì)煤巖層有擾動(dòng)作用，致使煤巖層分界面易產(chǎn)生裂隙，導(dǎo)通水源。經(jīng)過(guò)強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理，合理安排工序，統(tǒng)籌布置作業(yè)，嚴(yán)格按照措施，開(kāi)孔、固管、凝固、試壓，對(duì)鉆場(chǎng)附近底板裂隙發(fā)育處提前加密打小孔，注漿加固，最后施工42個(gè)長(zhǎng)短不一的加固孔，有效地阻止了從巷道的幫部和底部跑漿的現(xiàn)象。

2.2 中期鉆孔施工

打小鉆進(jìn)行加固底板起到了一定作用，但在固管完畢后需重新定位，定位不好容易造成鉆桿和套管碰撞，一方面破壞固管效果，另一方面對(duì)加固的止?jié){墊產(chǎn)生二次擾動(dòng)，嚴(yán)重影響注漿效果。

采取帶管鉆進(jìn)，減少對(duì)底板的擾動(dòng)，簡(jiǎn)化了工序，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率，大大增加了成孔率。

2.3 后期鉆孔施工

工程設(shè)備和技術(shù)參數(shù)基本不變，仍使用ZY- 1250型液壓鉆機(jī)。4個(gè)孔中只有31#孔按設(shè)計(jì)正常施工，26#、27#、29#孔方位、傾角不變，孔深分別調(diào)整為45.75、52.5、47.25m，取消施工28#、30#、補(bǔ)機(jī)12-1孔。所有孔均采用水灰比為1∶1的水泥漿固管，凝固時(shí)間72h，然后以4MP壓力試壓30min，合格后，變徑58mm鉆進(jìn)，直至終孔。9101機(jī)巷12- 2鉆場(chǎng)各探孔套管長(zhǎng)度、鉆孔參數(shù)和鉆孔出水情況如表2、表3和表4所示，異常區(qū)鉆孔水泥消耗如表5所示。

表2 9101機(jī)巷12- 2鉆場(chǎng)鉆探各鉆孔套管長(zhǎng)度

表3 9101機(jī)巷12- 2鉆場(chǎng)鉆探各鉆孔參數(shù)

表4 9101機(jī)巷12- 2鉆場(chǎng)物探異常區(qū)鉆孔出水情況

本次鉆探歷時(shí)39d，共施工4個(gè)鉆孔計(jì)175.5m，均采用2NBB- 4.5- 9/6- 3- 15煤礦用變量泥漿泵注入水灰比為1∶1水泥漿進(jìn)行固管注漿、封孔注漿。跑漿時(shí)，采用雙液漿(水玻璃和水泥漿混合液，比例(0.4～1)∶1，根據(jù)出水量大小調(diào)整配比)或摻3%速凝劑的水泥漿封堵裂隙。共使用水泥83.4t、水玻璃8.25t、速凝劑40袋，放水17 000m3。

表5 9101機(jī)巷12- 2鉆場(chǎng)物探異常區(qū)鉆孔水泥消耗統(tǒng)計(jì)

注：①水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，每袋50kg；②表中“其他”包括打地坪、底板加固孔注漿、鉆場(chǎng)內(nèi)外封堵裂隙注漿等。

探明12- 2鉆場(chǎng)底板下5～10m、14～17m、22～24m和27～30m層位富水性強(qiáng)，其中5～10m層位鉆孔最大涌水量達(dá)3.5m3/h，孔口水壓小于0.1MPa；14～17m層位鉆孔最大涌水量達(dá)15m3/h，孔口水壓小于0.1MPa；22～24m層位鉆孔最大涌水量達(dá)14m3/h，孔口水壓0.4MPa；27～30m層位鉆孔最大涌水量達(dá)32.3m3/h，孔口水壓0.4MPa。

3 施工效果

(1)在巷道底板共施工42個(gè)加固小孔，形成了止?jié){墊，有效地阻止了漏漿跑漿現(xiàn)象，效果明顯。

(2)帶管鉆進(jìn)提高了成孔率，加快了施工進(jìn)度。

(3)深淺孔結(jié)合加快了注漿效果。

4 結(jié)語(yǔ)

由于本次鉆探地處斷層帶，底板破碎，裂隙發(fā)育，且富水性強(qiáng)，導(dǎo)致鉆探施工時(shí)間長(zhǎng)，效率不高，但積累了經(jīng)驗(yàn)，為下一步工作提供了借鑒，并在11號(hào)鉆場(chǎng)和10號(hào)鉆場(chǎng)實(shí)踐應(yīng)用，取得了良好的效果，主要有如下方法。

(1)施工小鉆。鉆探施工地點(diǎn)底板留有底煤或位于斷層附近，造成底板破碎，鉆探施工前，必須在鉆探地點(diǎn)施工底板加固孔，對(duì)底板進(jìn)行加固；并保證鉆場(chǎng)底板硬化厚度不低于200mm。

(2)帶管鉆進(jìn)。底板破碎，傳統(tǒng)下套管方式易塌孔，通過(guò)采用巖芯管配合取芯鉆頭鉆進(jìn)的方法，減小鉆頭對(duì)孔壁的破壞，提高鉆孔質(zhì)量，保證一次成孔，縮小固結(jié)套管時(shí)間，提高工作效率，加快施工進(jìn)度。

(3)巖層深淺孔結(jié)合。煤層底板富水性較強(qiáng)，但層位不同，施工長(zhǎng)度不同的鉆孔，分層分段進(jìn)行注漿，增大擴(kuò)散半徑。

(4)近斷層走向打孔。在斷層附近區(qū)域，沿著其走向施工，盡量增大鉆孔和斷層面的接觸面積，能提高注漿效果。